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如图14-2所示 均匀电场E=Ej 均匀磁场B=Bk。试定性说明一质子由静止从原点出发 将沿
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如图14-2所示,均匀电场E=Ej,均匀磁场B=Bk。试定性说明一质子由静止从原点出发,将沿图示的曲线(这样的曲线叫旋轮线或摆线)运动,而且不断沿x方向重复下去。质子的速率变化情况如何?
参考答案
质子在运动过程中同时受到电场力和磁场力的作用,电场力Fe的方向总是沿y轴方向,磁场力的方向总是垂直于轨迹并指向凹侧。因此,磁场力Fm可分解为与y轴平行的分力Fm1和与x轴平行的分力Fm2。
质子位于原点时速度为零,在电场力作用下开始沿y轴方向运动,这时沿x轴方向的磁场力也出现了,粒子以很低的速率作曲线运动,轨迹半径也很小。在运动的初始阶段,Fm1与y轴反向,且Fm1<Fe,Fm2则与x轴同向。因此.质子同时沿x轴和y轴作加速运动,其速率逐渐增大,轨迹半径也逐渐增大。此后,Fm1逐渐增大,而Fe是恒定的,因此质子在y轴方向的加速度由大变小,由正变负,以致使vy=0,这时质子达到曲线的最高点。在这点,v=vx,达到最大值,轨迹半径也达到最大。在以后的运动中,质子沿x轴作减速运动,同时沿y轴反方向作加速运动,但其加速度经历由大变小,由负变正的过程后,最终达到vy=0,同时vx=0,质子到达曲线的终点,然后再开始新的过程。